方樁基礎施工技術1。工程概況1.1工程簡介橋梁是民族文化的象征，也是國家交通和經濟法發(fā)展的重要標志。近幾年矮塔斜拉橋在橋梁設計中得到廣泛應用。京承高速公路(高麗營-沙峪溝段)工程第18#標段位于北京市懷柔區(qū)楊宋鎮(zhèn)耿辛莊東，潮白河河道內，工程起點樁號為K49+525，終點樁號為K49+909，潮白河大橋主橋為三矮塔斜拉橋,橋寬29.5m,跨徑72m+120m+120m+72m＝384m，是全線重點工程。該工程為了趕工期，經過抓孔試驗，由原設計沉井基礎改為方樁基礎。在一個中塔和兩個邊塔承臺下各設3排方樁，每排4根，樁長為26m，橫橋向中心間距4m，縱橋向中心間距4m，截面尺寸為2。5m×1。0m，共計36根；兩個邊墩承臺下各設2排方樁，每排2根,樁長為18m，橫橋向中心間距4m，縱橋向中心間距4m,截面尺寸為2。5m×1.0m，共計8根。全橋方樁共計44根.(見圖1）7軸（11軸）8軸（10軸）9軸圖1樁位布置圖1。2工程地質亞砂土填土①層：褐黃色，稍濕，松散,含磚渣、樹根，主要分布于東西兩側河堤。該層層底標高為39。91～41.21m。卵石②層：雜色,濕，稍密~中密，一般粒徑40~60mm，最大粒徑600mm，亞圓形，褐黃色中粗充填，粒徑大于20mm的顆粒占總質量的65％。該層層底標高為23.12～34。79m,整體厚度呈從河堤向河床加深趨勢。卵石③層：雜色，濕,中密～密實，一般粒徑40~60mm,最大粒徑450mm,亞圓形粒徑大于20mm的顆粒占總質量的68。5%。褐黃色中粗充填,巖石成分以輝綠巖、石英巖為主。該層層底標高為20。86~25.60m，整體厚度呈從河堤向河床減少趨勢。亞粘土④層:褐黃色,飽和,硬塑，局部軟塑，含氧化鐵、云母.該層層底標高為19.40~23。40m。卵石⑤層：雜色，飽和,密實，一般粒徑60～80mm，最大粒徑150mm，亞圓形，粒徑大于20mm的顆粒占總質量的68.7%，褐黃色中粗充填，巖石成分以輝綠巖、石英巖為主.該層層底標高為11。08～18。87m。卵石⑥層：雜色，飽和，密實，一般粒徑40~60mm，最大粒徑140mm,亞圓形，粒徑大于20mm的顆粒占總質量的83。5%，褐黃色中粗充填，巖石成分以輝綠巖、石英巖為主.該層層底標高為2.42～6。37m。卵石⑦層:雜色，飽和，密實，一般粒徑20～50mm，最大粒徑120mm,亞圓形,粒徑大于20mm的顆粒占總質量的69%，褐黃色中粗充填，巖石成分以輝綠巖、石英巖為主.鉆至標高—8。79m處仍為該層.2。施工方法2。1成孔2。1.1機械選擇由于樁基形式限制我單位地下連續(xù)墻施工機械：意大利BH－12液壓抓斗.利用履帶式60噸液壓系統(tǒng)為動力的施工機械，并根據(jù)方樁的厚度,選配100厘米厚的斗體靠液壓系統(tǒng)提升靠抓斗自身重量進入巖體斗體自重11000kg。液壓抓斗成孔是靠斗體重量和液壓閉斗，抓取土體提出地面而成孔，為保證垂直度，施工時隨抓隨測,并每抓2～3抓將斗體旋轉180度(見圖二）圖二意大利抓斗2.1。2導墻砌筑2。1.2。1導墻的作用：a、是保證方樁施工時平面位置的準確性；b、是分散和承受一部分施工機械的重力；c是防止地表土層的坍塌。方樁的導墻相當與圓樁的護桶，因此導墻的制作必須保證精度.根據(jù)現(xiàn)場實際情況，導墻采用磚混結構，底板及頂板采用20cm厚C20鋼筋砼，中間砌筑37cm磚墻，兩導墻內側間距比方樁厚度大4～6cm，導墻深2～3m，以導墻底板座在原始地層為準。2.1.2。2導墻砌筑方法a、場地平整后,用經過標定的全站儀測設出樁位中心及軸線，報請監(jiān)理工程師復測合格后，放出導墻開挖邊線。b、導墻基坑開挖后，再精確測設出導墻內邊線。c、導墻施工完畢后，在頂板上測設出樁位控制點及高程控制點，并以此控制樁基施工。導墻溝槽開挖后，重新精確測設出導墻邊線，然后澆筑底板砼,待底板砼具有一定強度后，砌筑導墻豎墻,然后將導墻后用土分層夯填至原地面高度，澆筑頂板砼。（見圖三） 50cm104～106cm50cm圖三導墻圖2.1.2.3導墻的質量標準：導墻的內墻面應豎直，頂面應水平。兩導墻內墻面間的距離允許偏差為5mm，導墻頂面高程允許偏差±10mm。2.2抓孔施工在開挖前我們認真研究方樁挖孔質量通病及并根據(jù)實際情況采取防治措施2.2。1方樁挖孔質量通病及預防措施2.2.1。1抓孔過程中坍孔原因:發(fā)生坍孔時，具體表現(xiàn)為孔內水位突然下降又回升，孔口冒細密水泡。坍孔多由泥漿性能不符合要求、孔內水頭未能保證、機具碰撞孔壁等原因造成。預防措施：嚴格控制泥漿比重,確保水頭高度，導墻埋至原狀土層.處理方法：ａ、查明坍孔位置后進行處理，坍孔不嚴重時,可回填土到坍孔位以上，并采取改善泥漿性能、加高水頭、深埋護筒等措施，繼續(xù)鉆進。ｂ、嚴重時應立即將鉆孔全部用砂類土或礫石土回填并應等待數(shù)日方可采取改善措施后重鉆。若坍孔部位不深時，可采用深埋護筒法，將護筒填土夯實,重新鉆孔.2。2。1.1偏孔、擴孔、縮孔原因：偏孔多是由地質松軟不均、巖面傾斜、機械位移、安裝未平或遇探頭石等原因造成。擴孔多系孔壁小坍塌或抓斗擺動過大造成，縮孔常因地層中含遇水能膨脹的軟塑土或泥質頁巖造成，抓斗磨損過甚，亦能使孔徑稍小.預防措施：ａ、抓孔過程中，要每抓3～5斗將抓斗旋轉180度，再繼續(xù)抓孔，同時嚴格控制抓斗提升及下落速度,減小抓斗擺動幅度,防止發(fā)生偏孔、擴孔，如出現(xiàn)偏孔，可在偏斜處用抓斗反復掃孔。偏斜、擴孔嚴重時，應回填粘質土到偏斜處頂面，待沉積密實后重新抓孔.ｂ、抓孔過程中,經常測量抓斗尺寸,磨損嚴重時及時焊補，遇到軟塑土或泥質頁巖時,應采用失水率小的優(yōu)質泥漿護壁，防止發(fā)生縮孔.如發(fā)生時，可用抓斗上下反復掃孔，擴大孔徑。根據(jù)以上預防措施及主橋橋位實際地質情況我們對泥漿的調制、機械選擇等做了認真的部署。2。2。2調制護壁泥漿本工程中因為當?shù)氐刭|情況砂石料較多，沒有粘土，所以泥漿采用購買膨潤土泥漿。泥漿在泥漿池內配制，泥漿池設在9＃墩上游橋梁紅線以外，容積120m3，底部及四周鋪設塑料薄膜,防止泥漿滲漏。膨潤土泥漿的主要成分為：膨潤土粉、水、純堿(含在成品膨潤土中)。2.2.2。1泥漿配比泥漿生產及使用是按照:‘拌和生產→靜置水化→使用→回收處理→再使用→…→廢棄'的順序進行。本工程的地質條件以細砂、卵石為主，對泥漿影響較大,但配比正確的膨潤土泥漿應可使用三到四次.泥漿配合比材料名稱單位數(shù)量水Kg/m3970膨潤土(內含純堿5Kg/m3）Kg/m3752。2。2.2泥漿生產泥漿生產采用BE-10型立軸泥漿攪拌機，平均生產效率為10m3/h,生產時按水→土。泥漿貯存采用泥漿池。為防止?jié)B入地下及便于清渣，泥漿池要進行防滲處理,在泥漿池底部鋪設塑料布。所生產的泥漿應達到以下標準：標稱數(shù)值比重1。03-1.10粘度18—24Pa。s含砂量<4%30分鐘失水量<20ml泥皮厚2-3mm/30minPH值8。5-10.5膠體率>98％2.2。2。3泥漿使用在成孔過程中，泥漿用泵送注入孔內，隨著土體的抓進，槽孔內補入泥漿保證孔內穩(wěn)定,在鉆進過程中要保證漿面高度，防止槽孔坍塌并隨時檢查孔的垂直度。維持孔穩(wěn)定,懸浮鉆屑。在澆注混凝土的同時對泥漿進行回收，底層與淤積物接觸并受混凝土污染的泥漿則廢棄。2.2.3挖孔過程出現(xiàn)的問題及解決方法ａ、進度問題我們一開始租用的第一臺抓斗，該抓斗是意大利進口原裝機械，但該機械不能沖擊(即自由落體下放）。在河道西側曾經用可以沖擊的組合抓斗進行試樁８小時可以鉆進21米，其開挖速度可達２．６ｍ／ｈ。由于河道地質情況復雜，在實際鉆進過程中,意大利抓斗平均每抓一斗用時15分鐘。一小時可以抓土4次,意大利抓斗需旋轉90度后放廢碴再用裝載機把廢碴鏟掉。這樣很難達到試樁鉆進速度,尤其在標高19-14m以及9至-0。5m段挖孔速度達到0。5－1m/h，甚至達到0。１ｍ／ｈ。按照前四棵（９#－１，９#－１２，９＃－９，９＃－４）方樁挖孔速度每棵平均需59個小時由此計算44棵方樁全部施工完畢需要107天，工期延后67天。面對緊張工期我們對此種機械進行研究,對其斗體進行改進,根據(jù)斗體靠自身重量伸入土體，我們技術部對其斗牙角度進行改進，使斗牙由原來于地面不垂直改為與地面垂直。經過改進后開挖速度有所提高平均每棵樁用54小時減少工期延誤時間８天。但對于業(yè)主要求的工期還遠遠不夠，因地質原因在開挖9m至—0.5m段時巖石極其堅硬,卵石基本被斗體抓碎，棄碴幾乎沒有完整的卵石,專家稱之為卵石成板結.抓斗的出碴量很小,為了解決此問題我們經研究討論決定用旋挖鉆配合抓斗，旋挖鉆機配直徑0.8m的螺旋鉆頭對卵石層進行翻松，每次翻松厚度約0.5m，提出鉆頭后，用液壓抓斗將已翻松的卵石挖出；液壓抓斗將翻松的卵石挖出后，再用旋挖鉆機翻松，然后液壓抓斗再向外挖卵石，如此交替進行，直到預定的孔深；（見圖二）第一次沒有卸下旋挖鉆取料斗,取出原狀土樣證明該段是由黃土卵石構成極其密實巖石土。由于方樁尺寸為2.5＊1。0米不能對其再次鉆孔形成空洞反影響挖孔速度。所以我們決定只用旋挖鉆鉆頭進行翻松，每翻松一次(包括定位、翻松、退位）需用4分鐘,每翻松一次深度可達到０．５米。平均到每次抓土兩分鐘。但通過翻松后每次提斗時間為9分鐘比沒翻松節(jié)約５分鐘，每米可節(jié)約時間2０分鐘.每棵樁可以節(jié)約時間８．６小時,每棵裝還需４５．４小時，按剩余４０棵樁計算工期還延后４６．６天．B、坍孔問題在鉆進９#－４時由于前三棵樁時泥漿的循環(huán)使用，泥漿池內沙子沉淀太厚，雖然泥漿配合比可以達到標準．但在鉆進至21。9（標高8.85米)時水位下降很快，造成塌孔。原因此處有一強透水層泥漿不能形成泥皮.解決方法：發(fā)現(xiàn)水位下降后，現(xiàn)場技術員及時值揮裝載機將附近砂石料回填至水位不再下降為止，又經過11天再次開挖，開挖時重新攪漿,加高漿面水位保證與導墻頂一平。我們吸取了這次教訓，嚴格控制泥漿質量，每一池泥漿只許供三個方樁開挖,不和格的泥漿堅決不用，在每次開挖之前都在附近備一車紅土以備坍孔時回填，從此再沒有發(fā)生坍孔現(xiàn)象。C、漏漿問題在7#-1開挖至22.3米(標高10.687米）、8#-1開挖至23.1米（標高10。437米）8＃-5開挖至26米（標高7.532米）、10＃—5開挖至20。2米(標高13。43米）、10#－11開挖至20。3米（標高13.324米)、10#-12開挖至19.5（標高14。101米）共計六棵樁發(fā)生漏漿現(xiàn)象。在漏漿過程中我們沿用防治坍孔方法，保證水頭壓力，回填部分粘土用斗體在孔內造漿，，再用抓斗抓出粘土，如水位下降再回填粘土造漿，反復幾次在漏漿處形成厚層泥皮直至水位保存不動方可繼續(xù)開挖.(見圖四）圖四旋挖鉆配合抓斗雖然這樣大大加快了挖孔速度，但這樣仍然不能滿足工期要求，我們采取了加大了投入的辦法我們最多時租賃三臺抓斗，其中令外兩臺都是由抓斗和80噸液壓系統(tǒng)組裝（包括試樁抓斗），其提升系統(tǒng)與閉斗系統(tǒng)分離（見圖五）.該種機械可以使斗體自由落體下放這樣即節(jié)約了提落時間也節(jié)約了抓土時間其出碴是由裝載機接料不用轉動因此大大加快了開挖速度每抓一斗用時８分鐘。比意大利抓斗節(jié)約７分鐘．但由于后兩臺機械上場時間比較晚我們仍沒按計劃工期完工，整個樁基施工完畢共計８１天平均４４．２ｈ／樁圖五沖擊抓斗成孔質量標準項目允許偏差孔的中心位置（mm)100孔徑(mm）不小于設計樁徑（2500×1000）傾斜度小于1％孔深不小于設計規(guī)定（26m）槽孔抓到設計孔深后，停滯1小時，待泥漿中的懸浮物沉入到孔底后，用抓斗把孔內淤積清出，達到規(guī)范要求。砼澆筑之前,一定要保證泥漿的主要性能指標參數(shù)符合要求，孔底淤積物厚度應小于設計要求（20cm）.在鋼筋籠下放后如果孔內泥漿及沉淀層超標，采取反循環(huán)泥漿泵排漿法進行二次清孔，即將反循環(huán)泥漿泵連接到導管上，將孔內沉渣吸出。清孔后質量要求項目允許偏差沉淀層厚度(mm）≤20清孔后泥漿指標相當密度1。03～1。10；粘度17～20Pa.s；含砂率<2％；膠體率〉98％3.2.3。3地質情況統(tǒng)計在鉆進過程中及時對地層變化情況進行記錄，并取具有代表性的土樣按順序放至取樣盒內，標明每段樣品所代表地層的起始、終止標高和最大礫徑。成孔后繪制實際地質柱狀圖(見圖六），并與設計地質柱狀圖進行比較，確認地層變化情況，并報請設計代表及監(jiān)理確認樁基承載力是否滿足設計要求。如不滿足及時采取處理措施。圖六地址評價圖2.3鋼筋籠加工及定位鋼筋籠采用整體加工，整體下籠。鋼筋籠加工采取在樁位附近就近加工，場地平整碾壓后，鋪設一層碎石，用方木搭設加工平臺，鋼筋下料及焊接均在平臺上進行。2.3。1鋼筋籠變更由于方樁基礎鋼筋籠N4筋間距僅為30cm左右，無法采用導管法灌注水下砼，經項目公司技術部、設計代表、總監(jiān)辦、駐地辦、施工單位現(xiàn)場協(xié)商，鋼筋籠中間N4筋間距調整為82cm,將N4筋位置做相應調整，根數(shù)不變，層于層之間交替布置.其鋼筋布置詳（見圖七）。圖七鋼筋籠變更2。3。2鋼筋籠下設2。3。2.1起吊本工程中方樁鋼筋籠重6～7噸，長16～22米。施工中采用履帶吊車起吊,鋼筋籠吊放采用雙繩起吊，單繩入槽的方法.在吊放過程中平穩(wěn)起降，避免變形，確保順利入槽。(見圖八）圖八鋼筋籠起吊2。3。2。2定位下鋼筋籠高程中，通過導墻上的控制點嚴格控制鋼筋籠位置,確保中心位置及保護層符合設計及規(guī)范要求.在實際施工過程中因斗體扭動造成孔口不正，我們采取在設計樁頂標高處綁扎木方以矯正鋼筋籠位置。經過多余樁頭鑿除后檢查，此辦法可以達到矯正鋼筋籠位置的要求.（見圖九)圖九鋼筋籠定位2.3。2.3安設吊筋將提前計算好長度的吊筋焊在鋼筋籠上，焊接長度要滿足規(guī)范要求，然后用方鋼穿入吊環(huán)內，將鋼筋籠懸掛在導墻上，保證鋼筋籠頂面標高符合要求,同時，為防止鋼筋籠上浮，在方鋼上要壓重。2.4澆注水下砼水下砼采用導管法灌注，砼采用商品砼，攪拌運輸車入斗,吊車提斗，澆注工作必須連續(xù)進行.砼澆筑程序為:2。4.1導管安裝2.4。.1.1配制導管A、導管長度計算導管長度=孔深＋導管架高度－導管底距孔底高度其中：孔深＝導墻頂標高－孔底標高B、導管排序根據(jù)導管長度配置導管根數(shù)，底節(jié)長度為4m，其它節(jié)采用0。5～2。5m節(jié)搭配使用，并按拼裝順序編號記錄,以便計算拆管長度時使用。C、導管連接導管采用內直徑Ф30cm的鋼管，用絲扣連接，連接處加密封膠墊，導管連接要順直、嚴密，接口無磨損。并在導管使用前做閉水試驗.1、試驗壓力的確定:根據(jù)《公路橋涵施工技術規(guī)范》規(guī)定，水密試驗的水壓不應小于導管壁可能承受灌注砼時最大內壓力P的1.3倍。本橋8＃墩導墻至樁底最深，導管的內壓力也最大,因此取8＃墩的導管內壓力P作為代表值。P按下式計算：P＝γchc－γwHw式中：P――導管可能受到的最大內壓力（kPa)；γc――砼拌和物的重量（取24kN/m3）hc――導管內砼柱最大高度（m)以預計最大高度計,為7。5m；γw――井孔內泥漿的重量（取1.03kN/m3）;Hw—--—井孔內泥漿的深度（m），為34。36m。則：P=24×7.5-1。03×34.36=144。61kPa試驗壓力＝1.3×P=1.3×144.61=187.99kPa取試驗壓力P＝0.2Mpa2、試驗方法:將導管拼裝,兩端封閉，注滿水，用手壓泵進行加壓，當壓力表讀數(shù)達到試驗壓力時，持壓10分鐘，然后撤壓,在按試驗壓力加壓、持壓、撤壓，反復加壓3次，如導管接頭無漏水，則證明此導管合格。（見圖十)圖十導管閉水試驗D、導管安設導管拼裝完畢后，用吊車將導管下入孔中，導管底口距孔底30～50CM,料斗底部設致塞板，塞板上設鋼筋吊環(huán)，保證料斗中儲存一定量的砼。導管支撐在導管架上，導管架用槽鋼制成，導管架支撐在導墻上。2.4.3澆筑水下砼我們在方樁灌注前對在灌注過程中容易發(fā)生的質量通病進行分析措施并制定預防措施。2。4.3。1方樁在灌注過程中質量通病及預防措施A、灌注過程中坍孔產生原因是：①導墻底漏水；②未保持所需水頭；③地下水壓超過原承壓力；④孔內泥漿相對密度、粘度過低；⑤孔口周圍堆放重物或機械振動。預防措施：灌注過程中要控制水頭高度及泥漿比重,成孔后應立即下鋼筋籠及灌注水下砼。處理方法：1、坍孔數(shù)量不大時采取措施后可用吸泥機吸出砼表面坍塌的泥土,如不繼續(xù)坍孔，可恢復正常灌注。2、如坍孔仍不停止,且有擴大之勢，應將導管和鋼筋骨架拔出，將孔內用粘土或摻5%－8%的水泥填滿，待數(shù)日后孔位周圍地層已穩(wěn)定時，再鉆孔施工。B、鋼筋籠上升原因：主要是由于砼沖出導管底口后向上的頂托力造成的，預防措施：利用粗鋼筋將鋼筋骨籠掛在導墻上,并壓重，同時,當砼灌注至距鋼筋籠底部1m時，放慢灌注速度，直至砼上升至鋼筋籠底口4m以上時,提升導管,使導管底口高于鋼筋籠底口2m以上，恢復灌注速度。C、短樁原因：樁頭高程低于設計高程，多由灌注過程中，孔壁斷續(xù)發(fā)生小坍方，施工人員未發(fā)覺，未處理，測探錘達不到砼表面造成.預防措施：在灌注將近結束時，應核對砼的灌入數(shù)量，以確定所測砼的灌注高度是否正確。處理方法：可依據(jù)處理埋管的辦法，插入一直徑稍小的護筒，深入到原灌砼內，用吸泥機吸出坍方和沉淀土，拔出小護筒，重新下導管灌注,此樁灌注完成后，上下斷層間應予以補強。超灌0.5~1.0m,確保樁頭質量。D、夾層原因：由于灌注過程中放生坍孔或首批砼封底失敗造成。預防措施：灌注過程中要控制水頭高度及泥漿比重，成孔后應立即下鋼筋籠及灌注水下砼，嚴格控制首批砼數(shù)量及初凝時間。E、砼嚴重離析原因:多由導管漏水引起水浸、地下水滲流等造成。預防措施：除灌注的砼拌合物符合規(guī)定要求外,灌注前應嚴格檢驗導管的水密性,灌注中應注意防止導管內發(fā)生高壓氣囊.2.4.3.2首批砼用量計算及實際用量A、計算首批砼用量灌注前首先計算首批砼用量，確保封底成功。首批灌注混凝土得數(shù)量應滿足導管首次埋置深度（≥1.0m）和填充導管底部的需要，本工程中8#墩首批砼用量最大，故按8#墩首批砼用量來控制。首批所需混凝土數(shù)量可按下面公式計算：V≥A×B（H1＋H2）＋πd2h1÷4 V——-—灌注首批混凝土所需數(shù)量(m3）; A———-樁截面長度（m），為2.5m； B—-——樁截面寬度（m）,為1。0m;H1—-—樁孔底至導管底間距（m），取0。40m；H2 —-—導管初次埋置深度（m）,取2m；d ---導管直徑（m)，為0。26m；h1--—樁孔內混凝土達到埋置深度H2時，導管內混凝土柱平衡導管外泥漿壓力所需的高度（m）。h1＝γwHw/γc＝1。03×32。063/24＝1.38m則:首批砼用量V＝2。5×1。0×（0。4＋2。0）＋3.14×0。262×1。38÷4＝6。07m3各部尺寸見圖十一。圖十一首批砼確定B、實際首批砼用量本工程水下砼灌注計劃采用吊車提斗、砼攪拌運輸車直接送砼入料斗的方法施工,首先用砼攪拌運輸車向料斗內放砼,當料斗儲滿砼時，吊車提起塞板，同時,砼攪拌運輸車加大油門繼續(xù)向料斗內輸送砼，確保料斗內始終儲滿砼，這樣就等于加大了料斗的容